随着科学技术的飞速发展和人民生活水平的提高，人们的消费观念发生了改变，追求舒适、高档、保健、自然等成了新时尚，服装消费出现了多层次的需求［1］。近10年来，国内外关于纤维改性技术的研究开发，主要集中在“高性能、高感性、高功能纤维”的开发应用中，围绕着化纤新产品的开发，进行设备改造、技术创新［2］。经过多年的技术攻关，化纤行业通过多种技术方法和技术途径，研制开发仿真、超真、独特风格和功能的改性化学纤维［3］。据国家统计局统计，2014年，中国化纤产量达到4369万t，占世界化纤总产量的70%，化纤差别化率已达到40%以上。中国化纤产业技术进步明显、产业升级成果显著的同时，深层次的矛盾和问题也逐渐显现。原料短缺、差别化纤维生产能耗增加，成本压力增大［4］。化纤行业平均利润低，竞争日趋激烈。为了提高利润，相当多的企业采用扩大产能的方法，这导致化纤业低水平产能延伸和环境压力的不断增加。面对环境的日益恶化，节能环保已经成为推进化纤产业发展的重中之重［4］。聚酯纤维作为化学纤维第一大品种，具有诸多优良性能，生产企业为了提高纤维的后加工性，一般采用压缩空气气流网络的方法进行纤维网络加工，以提高纤维的抱合性和高速退绕性［5］。而网络加工需用大量的压缩空气，折算到电能，每吨网络丝需耗电能1．08×106～2．16×106kJ(能耗随产品规格不同而有所差异，丝越粗，所需网络压力越大，能耗越高)。如何降低能耗，节约生产成本，是广大化纤科技生产者研究的重点［6］。基于此，本研究通过对生产设备进行节能技术改造，对生产工艺进行优化，成功开发了新型节能涤纶纤维DTY，实现了无需对涤纶长丝打网络即可直接用于织造的目标。本研究重点对该新型节能涤纶纤维DTY的生产工艺进行探讨，并确定最佳生产工艺条件。
1试验
1．1原料及其指标
采用高速纺制备异型截面涤纶预取向丝(POY)，其主要性能指标如表1所示。
1．2生产设备及主要测试仪器
12位牵伸变形试验机、33H型花式假捻变形机(日本村田机械株式会社)，YG086型缕纱测长机、YG020型电子单纱强力仪(常州第一纺织设备有限公司)，ME103型电子天平(上海勤酬实业有限公司)，YG368型全自动长丝收缩率测试仪(常州市第二纺织仪器厂)，MQA7020型NMＲ纤维含油率检测仪(中国纺织科学技术开发有限公司(宏大研究院))，KU483型染色试验编织机(无锡市振荣针纺机械有限公司)。
1．3设备技术改造
为了研究及生产该新型节能聚酯纤维DTY，浙江永能化纤有限公司对小试设备和生产设备进行了改造。1．3．1PIC控制及变频技术改造PIC单片机是一种用来控制外围设备的集成电路，是具有分散作用(多任务)功能的CPU。为了实现设备的智能化控制，每一个生产单元在其他生产单元出现故障时互不影响干扰，能够维持独立运行。本研究分别对12位牵伸变形试验机和33H型花式假捻变形机进行了PIC改造，实现了每一个生产单元的独立运转和智能控制。基于对上述设备PIC的改造，再对设备所有的电机进行变频改造，实现了设备输出电机功率自动调节的智能化节能生产。1．3．2TCS张力控制系统改造TCS张力控制系统，是由日本村田公司自主开发，与33H型花式假捻变形机配套的在线张力控制系统。该系统能够实现在线张力实时监控和调节、生产数据统计、产品自动定级等多种功能，其特有的张力自动调节功能在加弹机中首屈一指［7］。因浙江永能化纤有限公司购买的33H机型较老，自身不带TCS张力控制系统，故需要对其加装该控制系统，实现假捻张力的在线监测和自动调节，以稳定产品质量，减少断头和提高正品率。1．3．3热箱结构改造由于33H型花式假捻变形机为“M”型长热箱结构，该种热箱长丝受热充分，避免了因丝受热不足而导致的分子链无规排列，进而出现染色不匀的情况［8］。但是，热箱长达1．5m，散热面较大，并且热箱上下两端的热箱门孔隙较大，热源利用率低，因此还存在不足。为了减少热量耗散，提高热能利用率，对热箱门结构进行了改造，如图1所示［9］。即在原短平端面盖板基础上(改造前)，增加盖板可封闭面积，仅留出可供丝道运行的圆弧形缺口(改造后)，并对热箱门内壁及盖板内壁涂覆绝热涂层，以最大程度减少热耗散，提高热能利用率。1．3．4安装独立二级计量电度表对试验用33H型花式假捻变形机L面(左面)进行上述三项的改造，为做对比试验，对Ｒ面(右面)不做改造。分别在两面安装独立二级计量电度表，并给机器提供压缩空气的空压机上安装独立计量电度表，以测量实际电耗情况。
1．4工艺路线的确定
采用POY-DTY工艺路线，具体工艺路线:POY→零罗拉→第一罗拉→变形热箱→冷却→假捻→异丝器→第二罗拉→变型热箱→第三罗拉→上油→卷绕成品。
2结果与讨论
影响涤纶DTY风格和能耗的主要技术参数有牵伸比、热箱温度(包括变形热箱温度和定型热箱温度)、假捻张力比，本研究将进行重点讨论分析。而影响生产稳定性的主要技术参数有加工速度、超喂率(第二超喂率和第三超喂率)、卷绕角，对产品风格及能耗无实质性影响，因此不做重点讨论分析，并在此基础上提出最佳生产工艺。
2．1牵伸比
为制得纤度为167dtex的具有仿麻风格的DTY涤纶长丝，按照生产经验，牵伸比应控制在1．50～1.60，在常规加工速度、热箱温度200℃保持不变的情况下，本研究调试了若干组牵伸比，并探讨了牵伸倍数对纤维性能的影响，结果如表2所示。从表2可以看出，当牵伸比较低时，纤维仿麻感较为强烈。这是因为:牵伸倍数低，纤维拉伸结晶不充分，易形成僵点和条纹，纤维原丝POY间的差异性被充分暴露［10］;而当牵伸倍数过大时，由于变形张力太高，导致纤维内部结晶破坏，大分子过度取向，容易导致单丝断裂，进而使断头次数大大增加［11］。尽管纤维强度有大幅提高，但纤维断裂伸长率很低，纤维机械性能差，且生产不稳定，没有实际生产价值，因此确定牵伸比的范围应在1．50～1．52。
2．2热箱温度
为了使纤维产生粘连点，变形温度应高于涤纶的最大结晶速率温度180℃［12］，且应低于软化温度232℃［13］。经实验发现，在其他条件相同情况下，变形温度要高于190℃时才会有黏连点产生，当温度高于225℃时，纤维容易逃捻跳丝，加工变得困难，因此对190～225℃变形温度内纤维的风格和加工性能进行了研究，结果如表3所示。从表3可以看出，纤维的黏连性随着温度的升高而增大，丝条蓬松性会变差，但麻感会比较明显。这是因为温度越高，大分子链运动幅度加剧，不同单丝在互相接触的部位分子之间容易交织缠绕，外观体现为形成了黏连点，且该过程不可逆。即纤维间一旦形成了黏连点，将无法通过物理加工手段打开。在织成袜带以后，就会体现为一个个的麻点，整体风格粗犷，这正是纺麻织物的特性。在210℃时袜带色点分布比较均匀，且生产稳定性较好，当达到220℃，色带和色斑分布虽然较规律，但手感已经偏硬，丝条蓬松性很差，全丝僵化，因此变形温度宜控制在210～220℃。因为纤维在低牵伸比，高温变形条件下，纤维处于未完全拉伸状态，为避免织造加工过程因内应力偏大而导致卷曲收缩，定型热箱温度控制也显得异常重要。大分子热松弛程度随温度的升高而提高，动态内应力也随之增加，在最大结晶速率温度180℃附近，纤维由于结晶度的大幅提高，卷曲收缩率开始降低并趋于稳定［11］，纤维形态也将保持稳定状态，因此定型热箱温度应在180℃左右，可以获得尺寸稳定性和能源消耗的最佳组合。
2．3假捻张力比
为保证所有锭位生产的丝风格和品质一致，需先对33H型机台所有锭位假捻张力进行测定和校准。根据设备操作手册，预设基准张力为98cN，并通过标准张力校正砝码(100g)进行手动校正，校正完后方可进行下一步操作。因33H型机台安装了TCS在线张力控制系统，该系统通过设定T1/T2张力比的数值范围(T1为加捻张力，T2为解捻张力)，可以实现张力的自动调节和控制，有利于产品整体质量的稳定和统一，将色差降低到最小。同时，由于其采用的是皮圈式假捻器，丝条与假捻器接触面较柔和，不易产生毛丝，且不容易逃丝，为稳定连续性的生产提供了必要保障。为了使纤维在织造退绕时不产生回捻力，从而影响纬纱的整经，将T1/T2设定为1︰1，通过TCS实现自动调节与控制。
2．4加工速度
DTY的加工速度主要受POY原丝自身内在品质和后纺加工设备机械性能的影响［14］。采用的村田33H型花式假捻变形机，在单喂入系统时，空转最大丝速为1142m/min，根据丝的自身品质有所不同。成品产量随加工速度的提高而提高，但丝速过高容易出现毛丝和断头，生产稳定性变差，不利于连续性生产［15］。经试验调试，在保证丝品质和生产稳定性前提下，最大加工速度可开到680m/min。
2．5超喂率
33H型机可以设置的超喂率有第二超喂率和第三超喂率，第二超喂率主要影响DTY成品的卷曲收缩率，第三超喂率主要影响成品丝卷装外观［16］。通过工艺调试，确定第二超喂率为7．85%，第三超喂率为4．74%时，可以得到满意的成品卷曲收缩率和卷装外观。
2．6卷绕角
卷绕角，又称络交角，是DTY卷装成形时每层丝之间的夹角。为控制成品丝的成形，减少和避免形成网丝和绊丝，应选用尽可能大的卷绕角［17］。经试验调试，最终确定成品卷绕角为30°。
2．7生产工艺的优化
通过对牵伸倍数、热箱温度、假捻张力比、加工速度、超喂率和卷绕角等工艺参数的调试优化，最后确定的最佳生产工艺条件如表4所示。对成品DTY性能进行测试，结果如表5所示。通过表5可以看出，所研制的产品各项指标均满足使用要求。
2．8能耗测试
在确定最佳工艺条件后，对生产该新型节能聚酯纤维DTY和生产常规相同规格的网络DTY能耗进行了实际测算。经核算，与常规网络丝相比，生产每吨该产品(167dtex)，可以节约电耗约1．19×106kJ，以工业每3．6×103kJ用电0．75元计，每吨产品可以节约能耗成本247．5元，对于竞争激烈的化纤行业来说，无疑具有巨大的意义。
2．9节能原理
本研究通过对33H花式假捻变形机进行1．3．1～1．3．3的节能技术改造和工艺优化，使DTY丝束表面形成了物理黏连点，无需经过网络加工即可直接用于织造，节省了气流网络加工所消耗的大量电能，并且所织造的织物具有麻织物的手感和风格，实现了节能和仿麻的双重目标。
3结论
1)通过对生产设备的一系列节能改造和生产工艺的优化，成功研发了新型节能聚酯纤维DTY生产工艺，每吨纤维产品可节约电耗1．19×106kJ，具有巨大的成本优势。2)纺制具有麻纤维风格的新型节能聚酯纤维DTY，应控制较低的牵伸比，才能使纤维形成特有的僵点和条纹。3)纺制具有麻纤维风格的新型节能聚酯纤维DTY，变形热箱温度应控制在21政治期刊0～220℃，定型热箱温度应大于180℃。4)纺制具有麻纤维风格的新型节能聚酯纤维DTY，丝速应控制在合理的运行范围内，在保证产品质量和生产稳定性的前提下，不能超过680m/min。
作者：郭桥生 吴梦芳 裴付宇 单位：浙江永能化纤有限公司 国家纺织服装产品质量监督检验中心
